CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG
3. Ứng dụng của transistor
3.2 Phương án thiết kế
Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung:
Mạch điều khiển động cơ một chiều bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM circuit – Pulse Wide Modulation) hoạt động theo nguyên tắc cấp nguồn cho động cơ bằng chuỗi xung đóng mở với tốc độ nhanh.
Nguồn DC được chuyển đổi thành tín hiệu xung vuông. Tín hiệu xung vuông này được cấp cho động cơ. Nếu tần số chuyển mạch đủ lớn động cơ sẽ chạy với tốc độ đều đặn phụ thuộc vào momen của trục quay. Với phương pháp PWM,điều chỉnh tốc độ của động cơ thông qua việc điều chế độ rộng xung, tức là thời gian “đầy xung” (“on”) của chuỗi xung vuông cấp
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang58
•
Cửa
•
• Nguồn
•
Máng
( b ) ( a )
= 3V
= 4,5V
= 6V
= 9V
= 7,5V Dòng
điện máng
Điện trở hằng số
Điện áp máng – nguồn
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
cho động cơ. Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến công suất trung bình cấp cho động cơ và do đó sẽ thay đổi tốc độ của động cơ cần điều khiển.
Hình 16: Biểu diển sự phụ thuộc tốc độ động cơ vào độ rộng xung.
Như hình trên,với dãy xung điều kiển trên cùng,xung “on” có độ rộng nhỏ nên động cơ chạy chậm. Nếu độ rộng xung “on” càng lớn(như dãy xung thứ 2 và thứ 3) động cơ DC chạy càng nhanh.
*Lưu đồ
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang59
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
3.2.1 Khối tạo xung vuông
* Mạch dao động tạo xung vuông
-Mạch dao động sử dụng các linh kiện để phát ra những tín hiệu dao động cụ thể để điều khiển thiết bị. Có nhiều dạng tín hiệu xung được phát ra từ mạch dao động: Như xung sin,xung vuông ,xung tam giác… .
-Có nhiều cách thiết kế mạch để tạo xung vuông, như thiết kế mạch dùng transistor ,thiết kế mạch dùng Op-Amp,vv…
* Lý do chọn mạch tạo xung dung ICNE555
-IC NE555 rất phổ biến và dễ kiếm. Giá thành thấp nhưng khá ổn định.
-Mạch tạo xung dùng IC này rất dẽ làm,dễ giải thích,dễ hiểu nguyên lý làm việc của mạch.
Ở đây ta chọn mạch dao động xung vuông dùng IC NE555
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang60
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
Sơ đồ khối tạo xung vuông
* Tính toán thông số của mạch
-Bộ tạo xung này có nhệm vụ tạo xung điều khiển sự dẫn hay khoá của transistor.
-Ta chọn giá trị các thông số linh kiện như sau:
+ R1=220 Ω; VR=B1kΩ + C4=0,01àF ;C1=47àF
- Các thông số cần tính toán là : - Thời gian tồn tại xung(xung on): T1
- Thời gian không có xung(xung off):T2
- Chu kỳ xung :T
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang61
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-Điện áp U1 là điện áp ra sau bộ tạo xung NE555 +Ta có các công thức cụ thể sau :
-T1=(VR+R1)*C1*ln2=0,7.(VR+R1).C1
-T2=R1.C1.ln2=0,7.R1.C1
-T=T1+T2
*Tính U1=
T T E. 1
Với E là biên độ của xung được tạo ra.
-Với xung on E ≈
2
1 Vcc nuôi IC = 2,5v.
-Với xung off E ≈ mass = 0v.
3.2.2 Khối điều khiển.
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang62
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
Làm nhiệm vụ điều khiển động cơ DC ở đây là Mosphet IRF 540 đóng vai trò như 1 công tắc bán dẫn, khi UBE>0 thì có dòng chạy từ +VCC qua động cơ DC về mass. Kết quả làm cho động cơ chạy. Khi UBE =0 thì không có dòng chạy từ +VCC qua động cơ về mass. Kết quả động cơ không chạy.
Động cơ quay nhanh hay chậm phụ thuộc vào thời gian T “on” dài hay ngắn điều chế được từ khối tạo xung vuông trên.
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang63
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
3.2.3 Khối nguồn nuôi
Sơ đồ mạch nguồn
chọn động cơ có thông số p=12w và U=12V hiệu suất =85%
vậy ta có dòng định mức của động cơ sẽ là: p=u*i*
i=p/u* =12/(0,85*12)=1,17 A
Dòng khởi động của động cơ từ (1,5 iđm do vậy dòng khởi động của động cơ là:
Ikd=1,5*Iđm = 1,5*1,17=1,75A
GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang64
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
Vậy ta chọn máy biến ápcó thông số như sau :có điện áp từ 0 đến 15v và có dòng điện lớn hơn dòng điện khởi động của động cơ : IBA 1,75A vậy ta chọn máy biến áp có dòng điện là 3A.
Ta sử dụng chỉnh lưu cầu một pha dùng diode ta có:
UD=2 U2/ 0,9U2=0,9*15=13,5V Vậy điện áp khi qua chỉnh lưu là:13,5v
Chọn ic ổn áp 7812 tạo ra điện áp chuẩn+ 12v để cung cấp cho mạch và ic 7805 tạo ra điện áp +5v đểcung cấp cho các ic khác. Thông số của 2 vi mạch này như sau:
Điện áp đầu vào từ 7v đến 35v
Điện áp đầu ra =12v với ic 7812 và =5v với ic 7805 Dòng điện đầu ra xấp xỉ =1,17A
Tụ c1, c2, c3 để lọc các thành phần sóng hài bậc cao
Chọn c1=2200 c2=470 tụ c3=220 , và hai tụ lọc
nhiễu c104 dùng để lọc bỏ nhiễu.